KR20100079338A - 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 장치 및 충전 방법 - Google Patents

플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 장치 및 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차를 플러그인 방식으로 충전하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치 및 충전 방법에 대한 발명으로서, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전시, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 방전 전류와 한계 전압을 감지하여 충전에 요구되는 전력량과 예상되는 충전 시간을 산출하고, 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템에 연결되어 충전 시간에 따른 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템의 전력단가를 비교하고 가장 저렴한 요금의 전력망으로의 전력 수급 비율을 최대화하고 충전 요금이 가장 저렴하도록 충전 요금을 충전 시간대별로 산정하며, 전력망을 관리하는 정부, 공공기관 및 에너지 기업으로부터 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전을 위한 충전가능시간대 및 충전 전력량 정보를 송수신하고, 이를 표시하며, 이에 대해 선택된 충전 시간 및 충전 요금에 대해서 금융기관, 통신사업자 및 건물 또는 전력 설비관리사업자로부터 전력 공급 인가에 관한 승인 신호를 받아 선택된 충전 시간대에 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전하는 구성으로 이루어진다.

Description

플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 장치 및 충전 방법 {CHARGING DEVICE AND METHOD OF PLUG-IN HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템으로부터의 최대 전력사용량과 요금정보를 공급받아 시간대별로 예상되는 충전 요금을 계산하여 표시하고, 원하는 충전시간대를 선정하여, 충전요금을 정산하여 가장 저렴한 충전요금정보를 제공하고 이로부터 전력을 효율적으로 사용하기 위한 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것이다.
각종 에너지 자원의 고갈은 물론, 에너지 수요의 폭증에 따라, 세계 각국은 석유 의존 경제로부터의 탈피와 이를 통한 에너지 안보 및 자주의 확보를 위하여 신재생 에너지 등을 활용한 분산 발전 시스템의 대중화와 석유 의존 경제의 핵심적 과제인 자동차의 구동 에너지원의 변화를 추구해왔다. 이를 통해 태양광, 풍력, 연료전지 등의 지역 분산 발전 시스템이 전국적으로 널리 설치되었고, 이러한 흐름은 정부의 꾸준한 보급 노력으로 앞으로도 확대될 것으로 보여진다. 특히 지역 분산 발전 시스템은, 지속적으로 증가하는 전력 수요에 대처하기 위한 국가 중앙 전 력망의 일방적 확대를 지양하고, 각 수요처의 특성에 맞도록 전력 수급을 유연하게 할 수 있어, 단순히 신재생에너지를 이용하여 환경 부담을 덜어주는 방식의 발전 방식이라는 특성, 그 이상의 효과가 있다.
한편, 자동차의 구동 에너지원 변화로서는, 기존의 석유제품, 즉 가솔린, 경유, LPG 등의 연료의 사용량을 줄이기 위하여 배터리를 보조 동력원으로 이용한 하이브리드 전기자동차가 등장하였다. 하이브리드 전기자동차는 회생제동 또는 기존의 엔진을 구동하여 발전기(제너레이터)를 구동하여, 발전기로부터 발생하는 전력을 자동차 내 설치된 배터리로 충전한다. 이 배터리에 충전된 전력은 하이브리드 특유의 동력 제어를 이용한 전기 모터의 구동력으로 전환되고, 이 구동력은 엔진의 구동력과 함께 속도 구간별, 토크 구간별로 적당히 분배 사용함으로써, 단위 주행구간 당 연료 소모를 줄여 전체적인 연비를 상승시키는 효과를 내고 있다.
반면, 플러그인 하이브리드 전기자동차는 기존의 하이브리드 전기자동차의 배터리가 단순히 엔진의 연료 소모율을 높이고 주행 중 에너지를 효과적으로 사용하기 위한 보조 동력원으로서 이용됨에 대해, 이를 벗어나 적극적으로는 자동차 주행에 있어서 에너지를 보다 효과적으로 공급하는 방식으로 발전된 방식이다. 특히 플러그인 하이브리드 전기자동차는 기존의 하이브리드 전기자동차에 없는 콘센트 접속구가 있어, 배터리의 충전 전력을 공급받는 방식을 외부 전력망에서 얻고자 하는 것이다. 기존 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전을 위한 전력은 회생제동과 엔진의 발전기 구동에 의해 공급되었지만, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 경우는 국가 중앙 전력망 혹은 지역 분산 발전시스템의 전력망으로부터 충전을 위한 전 력을 공급받을 수 있게 됨에 따라 배터리 용량의 증대를 가능케 했다. 이러한 배터리 용량의 증대는 결과적으로 차량 내 배터리의 최대 전력사용량을 증가시킴에 따라, 차량의 일부 주행거리 전체를 배터리의 전력에너지만으로 충당할 수 있게 되었다. 이를 통해 플러그인 하이브리드 전기자동차는 20 마일, 33 마일, 40 마일, 60 마일 등의 일정 구간을 배터리의 용량에 따라 엔진의 도움 없이 전기모터의 구동만으로 주행할 수 있게 된다. 이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차는 향후 2012년 이후로 큰 시장 확장세를 보일 것으로 예측되고 있으며, 이에 따른 국가 중앙 전력망 혹은 지역 분산 발전시스템에서 플러그인 하이브리드 전기자동차를 위한 충전 전력 수요가 폭발적으로 증가할 것으로 예측된다.
이는 향후 플러그인 하이브리드 전기자동차의 등장과 대중화에 따른 충전 수요의 폭발적 증가와 이를 위한 사회적 인프라 조성을 위해, 첫째로 전력을 어떻게 공급할 것인가의 문제와, 둘째로 충전을 위한 전력 요금의 정산을 어떤 방식으로 이루어야 하는지에 대한 문제를 해결하기 위한 기술적 환경을 조성해야 할 필요성을 시사하고 있다.
첫째 문제인, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 시장 침투에 따른 전력 수요의 증가에 대비하기 위한 사회적 인프라 문제에 대하여서는, 전술한 분산발전시스템의 전국적 보급 현황과 정부의 보급 확대 의지, 그리고 이에 따른 전력 수급의 유연성이 증가함에 따라 발생하는 전력 인프라의 현 상황을 고려할 때, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 전력을 공급하기 위한 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템은 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전시스템 간의 전력을 동시에 활용할 수 있고, 각각의 전력 수급 비율을 조정할 필요가 있다.
둘째 문제인, 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전요금의 정산을 위한 시스템에 관해서는 우선 자동차 사용자의 사용 특성을 살펴볼 필요가 있다. 승용차 혹은 상용차의 사용자가 일반적인 소비자라 가정할 때, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전은 각 소비자의 주거시설 혹은 업무시설에서 이루어질 것으로 기대할 수 있다. 이때 충전을 시도하는 곳에서의 충전요금 정산 방식이 주화를 포함하여 신용카드, 휴대통신 단말기, 전자카드, 차량 소유주의 소재정보 등을 이용한, 기술적으로 유연한 시스템이 확보되어 있어야 하며, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전을 위한 전력 사용자와 충전요금의 지불자를 또한 명확히 규정할 수 있는 시스템이 필요하다. 특히 개인 주택이외에, 여러 사람이 함께 사용하는 공동 시설, 상업 시설 등에서의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전을 위한 충전요금 지불 귀속의 주체가 명확히 규정되어야 할 필요가 있으며, 이는 충전요금의 정산을 위한 시스템 확립으로 가능하다. 이를 통해 향후 플러그인 하이브리드 전기자동차의 시장 확대와 함께 자동차의 충전을 위한 전력의 무단 이용에 따른 문제 발생을 미연에 방지하고, 플러그인 하이브리드 전기자동차 시장 확대에 있어 전력 유틸리티 시장의 무난한 적응과 시장 확대를 꾀할 수 있을 것이다.
본 발명과 관련하여 등록특허 10-0438195호, 공개특허 2005-0100544호 (휴대폰 배터리 충전시스템과 요금정산 관련기술) 및 공개특허 2008-0034167호 (하이브리드 전기자동차의 가정내 충전시스템 중 보안기능을 강화한 기술) 를 참조로 하였다.
본 발명은 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전을 위해 전력을 공급하는데 있어, 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전시스템 간의 전력 수급 비율 및 전력 요금 데이터에 관한 정보로부터 시간대 별로 충전 예상 요금을 산정하고, 최저 요금으로 충전 가능한 시간대를 표시하여 선택된 충전 요금 및 충전 시간에 의해 충전하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전을 위해 전력을 공급하는데 있어, 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템 간의 전력 수급 비율을 조정하여 효율적으로 전력을 공급하는 것을 목적으로 한다. 국가 중앙 전력망의 전력 요금이 지역 분산 발전시스템의 전력 요금 보다 저렴한 경우에는 국가 중앙 전력망으로부터 전력을 전량 혹은 더 많이 수전받도록 제어하고, 지역 분산 발전 시스템의 전력이 국가 중앙 전력망보다 저렴한 경우에는 지역 분산 발전 시스템으로부터 전력을 전량 혹은 더 많이 수전받도록 제어한다. 충전 시간대 별로 각 전력 공급망의 전력 요금이 달라진다면, 시간대에 따라 상대적으로 저렴하게 구입할 수 있는 전력망의 전력을 전량 혹은 더 많이 충전받을 수 있도록 조정할 수 있다. 충전시에도 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템으로부터의 전력 수급 비율을 실시간으로 표시하여 이를 조절할 수 있도록 한다.
본 발명은 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전요금의 정산을 주화 이외에도 전자 카드 및 신용카드를 이용하여 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전할 수 있도록 함과 동시에 주화와 전자카드 및 신용카드를 구비하지 않은 경우 이동통신 단말기의 사용요금에 부가하여 징수하거나 차량과 차주의 고유정보에 따른 요금 청구방식을 이용하여 징수할 수 있도록 하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하와 같은 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치는, 플러그인 하이브리드 전기자동차에 전원을 공급하는 전원 공급부; 플러그인 하이브리드 전기자동차의 방전 전류와 한계 전압을 감지하여 충전 가능한 전압을 산출하는 충전 전압 산출부; 충전 가능한 전압의 범위에서 충전 전압과 충전 시간대에 따라 충전 요금을 산정하는 충전 요금 산정부; 충전 요금 산정부에서 산정된 충전 요금과 충전 전압을 충전 시간대별로 표시하는 표시부; 선택된 충전 시간 및 충전 요금에 대해 충전 승인 신호를 받아 플러그인 하이브리드 전기자동차에 충전 전력의 공급을 허가하는 정산 제어부; 및 정산 제어부로부터 충전 전력의 공급을 허가받아 선택된 충전 시간대에 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전하는 충전 제어부;를 포함한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전장치는, 이 충전 장치에 접속된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유 번호 정보 및 접속 시간을 저장하는 데이터 베이스를 추가로 포함한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전장치는, 이 데이터 베이스에 저장된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보에 따른 충전시간대 중 가장 많이 선택된 접속 시간을 추출하여 표시부에 표시한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전장치는, 충전 개시 시점으로부터 자동차의 배터리 전압이 상기 충전 전압 산출부에서 감지된 한계 전압 이상이 되면, 전원 공급부로부터 공급되는 충전을 차단한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전장치의 정산 제어부는, 신용카드에 의한 신용 거래를 승인하는 금융기관, 휴대 통신 단말기에의 통화 서비스 및 소액 신용거래를 승인하는 통신사업자 또는 상기 데이터 베이스에 저장된 차량 정보에 대한 거래를 승인하는 건물설비관리사업주로부터 충전 승인 신호를 받아 충전 전력 공급을 허가한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전장치의 전원 공급부는 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템에 연결되어 있고, 충전 요금 산정부는 충전 시간에 따른 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템의 잉여 전력을 비교하여 전력 수급 비율을 최대화하고 충전 요금이 가장 저렴하도록 충전 요금을 충전 시간대별로 산정한다.
또한, 본 발명은 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전하는 방법을 제공하고, 이 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전방법은, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 연결을 감지하는 단계; 연결된 자동차의 방전 전류와 배터리의 한계 전압을 추출하여 충전가능한 배터리의 전압을 감지하는 단계; 충전 전압 및 충전 시간대에 따른 요금을 산정하는 단계; 충전 전압 및 산정된 요금을 표시하는 단계; 선택된 충전 전압 및 충전 요금에 대해 충전 승인 허가 신호를 받아 충전 전력 공급 을 허가하는 단계; 선택된 충전 시간대에 충전을 시작하는 단계; 및 충전 시작 시점으로부터 자동차 배터리의 전압이 상기 한계 전압을 넘으면 충전을 차단하는 단계를 포함한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전방법에 있어서, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 연결을 감지하는 단계는, 연결된 자동차의 고유번호 정보 및 접속 시간을 데이터베이스에 저장한다.
이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전방법에 있어서, 충전 전압 및 산정된 요금을 표시하는 단계는, 데이터 베이스에 저장된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보에 따른 충전시간대 중 가장 많이 선택된 접속 시간을 추출하여 표시한다.
그리고, 이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전방법에 있어서, 전력 공급을 허가하는 단계는, 신용카드에 의한 신용 거래를 승인하는 금융기관, 휴대 통신 단말기에의 통화 서비스 및 소액 신용거래를 승인하는 통신사업자 또는 상기 데이터 베이스에 저장된 차량 정보에 대한 거래를 승인하는 건물설비관리사업주로부터 충전 승인 신호를 받아 충전 전력 공급을 허가한다.
한편, 이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전방법에 있어서, 요금을 산정하는 단계는, 충전 시간에 따른 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템의 잉여 전력을 비교하여 전력 수급 비율을 최대화하고 충전 요금이 가장 저렴하도록 충전 시간대별로 충전 요금을 산정한다.
본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템은 전력 수급 현황을 고려하여 플러그인 하이브리드 전기자동차를 효율적으로 충전하고, 이러한 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전을 위한 전력 설비와 소비자의 인터페이스 역할을 한다.
본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 시스템은 시간대별 전력 수요에 따라 전력 충전 요금을 산정함으로써 전력 충전 수요를 분산시켜 전력을 효율적으로 배분할 수 있다. 플러그인 하이브리드 전기자동차의 전력충전수요가 일시에 몰릴 경우 전력망의 부담이 가중됨에 대해, 본 충전시스템은 정부 및 공공기관 또는 에너지관련 기업과 통신망을 연결함으로써 실시간으로 충전수요 및 충전을 예약한 시간대에 대한 정보가 정부 및 공공기관 또는 에너지 관련 기업으로 송신되고, 이에 따른 정부 및 공공기관 또는 에너지 관련기업으로부터의 갱신되는 요금정책과 사용량 조정정책이 실시간으로 충전시스템으로 전력 및 각종 에너지 요금 정보로 수신되거나, 사용량을 제어할 수 있다. 이러한 방식은 한국전력에서 실시하는 여름철 피크전력의 억제를 위하여 강제적으로 수요량 통제 정책을 실시하는 것의 연장선상에서 볼수 있다. 이를 통해 한정된 전력수요를 효과적으로 사용할 수 있도록 한다. 예를 들어, 새벽 시간대에 남는 잉여전력의 효과적인 사용을 위해서 기존 전력 수요가 적은 시간대에 충전하고자 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차에 전력을 저렴하게 공급하고, 기존 전력 수요가 많은 주간 시간대에는 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전하기 위한 전력을 비싼 가격으로 공급하면 전력 요금이 저렴한 새벽시간대에 충전수요가 몰리고, 주간시간대에는 수요가 적어지게 되어 결과적으로 전력 사용량을 조절할 수 있다. 그러나 이러한 가격 통제 방법으로 사용량을 통제하는 데 한계가 있을 경우, 직접적으로 일부 시간대에는 플러그인 하이브리드 충전을 위한 전력을 중앙전력망으로부터 받지 못하게 사용량 강제 통제 정책을 통해 지역 분산 발전 시스템에서의 전력공급을 강제하거나, 특정 시간대의 충전 수요를 차단시키는 방법을 사용하여 전력을 효율적으로 공급할 수 있다.
본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전시스템은 최저 요금으로 충전할 수 있는 시간대를 제시하여 전력을 효율적으로 사용하면서 경제성을 증대시킨다. 전력요금이 시간대별로 변화함에 따라 발생할 수 있는 충전요금의 변화를 실시간으로 계산하여, 최저 요금으로 충전할 수 있는 시간대를 제시할 수 있다. 이는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 연비에 핵심적으로 관여되는 ‘충전 요금’에 대한 차주 및 사용자의 경제성을 증대시키는 것으로, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 경제성을 향상시킨다.
본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전시스템은 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템을 연동하여 제어함으로써 플러그인 하이브리드 전기자동차로 인한 충전 전력 수요의 증가를 유연하고 효율적으로 대처할 수 있게 된다. 특정 시간대에 전력 사용 수요가 몰려 국가 중앙 전력망으로부터의 수전 금지가 발생하는 경우 지역 분산 발전 시스템과 연동되는 충전시스템을 통해 지역 분산 발전 시스템의 전력을 효과적으로 사용할 수 있는 기술적 유연성 확보가 가능하다. 이는 결국 에너지 공급의 수익성을 제고할 수 있게 하고, 정부의 경우, 일부 시간대에 불필요하게 많이 남는 잉여전력의 효과적인 이용을 최대화할 수 있다.
또한, 지역 분산 발전 시스템의 대중화는 필연적으로 전력 공급선의 다양화를 촉진하기 때문에, 소비자는 더욱 싼 가격에 고품질의 전력을 얻을 수 있다. 즉, 전력 공급 업자의 다양화로 인한 전력 거래의 자율화가 촉진되게 된다. 이때 중앙전력망이라 대표되는 한국전력거래소로부터의 전력 구매와, 충전 지역에 가까운 지역 분산 발전 시스템 업자로부터의 전력 구매를 단위 전력량 당의 가격으로 비교하여 최저요금으로 충전시킬 수 있는 시간대를 제시하는 기능은 지역 분산 발전 시스템 시장의 확대와 지역 발전에 기여한다.
본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전시스템은 본 발명에 의해 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보 데이터베이스를 통해 각 차량의 데이터베이스를 관리할 수 있어 충전정보를 알 수 있게 되고, 이에 의해 에너지 절감을 위한 동기를 유발하며, 결과적으로 이를 통해 에너지 사용량을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태를 도면에 기초하여 설명한다.
이하 도 1을 참조하여 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 시스템의 구성을 살펴보면, 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템 (100) 에는 플러그인 하이브리드 전기자동차 (200) 의 충전을 위해 충전시스템의 충전단자와 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 전력 입력 단자를 연결하는 케이블 (700) 이 설치되며, 통신망 (300) 을 통하여 금융기관 (320) 과 통신사업자 (340), 건물설비 관리사업자 (360), 정부 및 공공기관 혹은 에너지 기업 (380) 등에 통신 가능하도록 연결된다. 이때 통신망을 통해 연결되는 금융기관과 통신사업자, 건물설비 관리사업자는 충전시스템 (100) 을 통해 플러그인 하이브리드 전기자동차로 공급되는 충전요금의 정산을 위해 연결된다. 이때 충전시스템과 통신으로 연결되는 정부 및 공공기관 혹은 에너지기업 등의 경우에는 실시간으로 충전시스템을 통해 공급되는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 전력 수요를 파악할 수 있도록 하여, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 전력 수요에 따른 요금 정책 혹은 사용량 조정 정책을 적용할 수 있다.
본 발명의 충전시스템은 국가중앙전력망 (500) 단독 혹은 지역 분산발전시스템 (600) 과 연계되어 전력공급을 받을 수 있으며, 분산발전시스템의 출력을 조절할 수 있다.
본 발명의 충전 시스템은 지폐를 포함한 주화 (410), 신용카드 (420), 전자카드 (430) 등의 결제수단을 지원할 수 있으며, 지폐를 포함한 주화, 신용카드, 전 자카드를 구비하지 않은 경우 이동통신 단말기를 이용한 소액결제방법 (440) 이나 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보를 바탕으로 한 차주의 소재정보를 통해 각종 청구서 방식 (450) 으로 지불가능하다.
도 2를 참조하여 충전시스템의 내부구성을 설명하면, 본 발명의 충정시스템용 전원제어부 (150) 는 충전시스템에 공급되는 교류전원을 충전시스템 내의 각 구성부에서 요구하는 전원레벨로 변환하여 각 구성부에 공급한다. 또한, 전원제어부는 중앙전력망과 분산발전시스템으로부터의 전력을 동시에 공급받으며, 중앙전력망과 분산발전시스템의 전력 수급비율을 제어한다.
중앙처리장치 (110) 는 충전시스템의 전체적인 동작을 제어한다. 중앙처리장치는 모뎀 (170) 과 표시부 (180) 의 동작상태를 제어하고, 입력부 (190) 를 통해 입력된 각종 입력신호를 감지하며, 정산제어부 (120) 와 통신하면서 정산기능에 필요한 각 구성부의 동작을 전반적으로 제어한다. 또한, 분산발전시스템 출력제어부 (130) 와 연계되어 분산발전시스템 (600) 으로부터의 전력 수급 비율을 얼마로 해야 할지에 대해 판단하고, 분산발전시스템 출력제어부 (130) 를 전반적으로 제어한다.
표시부 (180) 는 본 발명의 하이브리드 전기자동차 충전시스템의 동작상태를 표시한다. 그리고, 정산제어부 (120) 에서 산정한 충전시간대에 따른 충전요금을 표시한다. 여기서, 입력부와 표시부를 일체화시켜 터치스크린(touch screen)으로 구성할 수 있다.
정산제어부 (120) 는 충전시스템의 충전요금 정산기능에 대한 전반적인 제어 를 담당한다. 정산제어부는 카드판독기 (420, 430) 에 투입되거나 신용카드나 전자카드의 판독을 위한 인증과정을 수행함과 동시에 카드판독기의 동작을 전반적으로 제어하고, 모뎀과 연결된 통신망으로부터 신용카드를 관리하는 금융기관으로부터 신용거래의 승인신호를 받아 정산 완료 신호를 중앙처리장치 (110) 에 송신한다. 또한, 정산제어부는 주화판별기 (410) 의 동작상태를 제어함과 동시에 주화 판별기로부터 전송된 주화 판별신호를 이용하여 충전요금 이상의 주화가 투입되었는지에 대한 판단을 내리고, 충전요금 이상의 주화가 투입된 경우에는 정산 완료 신호를 중앙처리장치에 송신한다. 또한, 정산제어부 (120) 는 ‘이동통신 단말기 내 카드판독기’와 연결되어 고객정보를 받아 모뎀을 통해 연결된 통신망으로부터 이동통신 단말기에 통화 서비스를 제공하는 통신사업자 혹은 그와 관련된 대금결제 사업자로부터 승인된 신용 거래 신호를 받아 정산 완료 신호를 중앙처리장치 (110) 에 송신한다. 또한, 정산제어부는 중앙처리장치로부터 이동통신 번호를 전송받은 후, 모뎀을 통해 통신망과 연결된 통신사업자 혹은 그와 관련된 대금결제 사업자로부터 승인번호를 이동통신으로 송신 요청하게 되고, 통신사업자 혹은 그와 관련된 대금결제 사업자로부터 수신한 승인번호를 중앙처리장치로 입력한 후 승인번호가 일치하는 경우 정산 완료 신호를 중앙처리장치로부터 송신한다. 또한, 정산 제어부는 차주정보수집장치 (450) 와 연결되어 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보와 차주의 정보를 전송 받아, 모뎀을 통해 통신망으로 연결된, 공동주택 혹은 상업용 건물의 설비관리 사업자로부터 신용거래의 승인 신호를 전송받은 후, 이에 정산이 완료되었음을 알리는 신호를 중앙처리장치에 전송한다.
분산발전시스템 출력제어부 (130) 는 본 발명의 충전시스템이 분산발전시스템으로부터 전력을 공급받을 수 있음을 감지하고, 중앙전력망의 전력요금을 분산발전시스템으로부터의 전력요금과 비교한다. 이때 분산발전시스템의 전력요금이 저렴할 경우에는 분산발전시스템으로부터의 전력 수급 비율을 최대화하고, 중앙전력망의 전력요금이 분산발전시스템으로부터의 전력요금보다 저렴한 경우에는 중앙전력망의 전력 수급 비율을 최대화하여 사용자의 경제성을 극대화한다. 또한, 분산발전시스템 출력제어부는 분산발전시스템의 출력을 조정하여, 저렴한 전력요금으로 수급되는 분산발전시스템이 존재할 경우, 출력을 최대화하여 더 많은 가용 전력을 생산하도록 제어한다.
충전제어부 (140) 는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 전원 접속을 감지하고, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보를 획득하며, 획득된 고유번호정보는 차량 고유번호정보 데이터베이스 (160) 에 저장한다. 또한, 충전제어부는 차량의 고유번호정보와 동시에 매일의 충전을 위한 접속시간과 충전시간대 정보를 차량 고유번호정보 데이터베이스에 함께 저장하고, 충전제어부는 중앙처리장치로부터 승인된 충전 전력 공급을 실제적으로 수행하며, 충전이 완료되었음을 감지하고 충전 전력을 차단한다. 또한, 충전제어부 (140) 는 중앙처리장치 (110) 와 연결된 모뎀과 통신망을 통해 정부 및 공공기관 또는 에너지 기업으로 현재의 충전수요와 기기에 예약된 충전수요 데이터를 송신한다.
차량 고유번호정보 데이터베이스 (160) 는 충전제어부 (140) 로부터 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보와 매일의 접속시간, 충전시간대 정보를 저장하며, 일정기간 동안의 평균적인 접속시간과 충전시간대 정보를 패턴 추출하여 중앙처리장치에 넘겨주는 기능을 한다. 이 정보를 바탕으로 중앙처리장치에서는 같은 고유번호정보를 갖는 플러그인 하이브리드 전기자동차가 재접속할 경우, 주로 이용하는 충전시간대를 표시할 수 있다.
카드판독기 (410) 는 투입된 카드의 종류를 판별하고, 그 결과에 따라 카드정보를 검출하고, 카드의 잔액을 정산하는 등의 작업을 수행한다. 즉, 카드판독기는 투입된 카드가 전자카드(IC 내장형 카드 등)이면, 카드에 기록된 잔액정보로부터 충전요금을 차감하여 기록하고, 그 결과를 정산제어부로 제공함으로써, 충전을 위한 전력 공급의 인가를 요청한다. 또한, 투입된 카드가 신용카드이면, 신용카드에 기록된 카드번호, 유효기간 등의 카드 정보를 검출하고, 검출된 카드정보와 거래금액을 정산제어부로 전송하고, 금융기관에 승인을 요청한다.
주화판별기 (400) 는 투입된 주화 혹은 지폐의 종류(예를 들면, 10원, 50원, 100원, 500원, 1000원, 10000원 등)를 판별하고, 판별된 결과를 정산 제어부로 전송한다.
모뎀 (170) 은 정산제어부와 중앙처리장치, 그리고 통신망과 연결한다. 즉, 모뎀은 중앙처리장치로 인해 전반적인 구동제어를 받으며, 정산제어부로부터 전송되는 각종 데이터를 변조하여 통신망으로 전송하고, 통신망으로부터 수신되는 각종 데이터를 복조하여 정산 제어부로 전송한다.
이동통신단말기 내 카드판독기 (440) 는 이동통신 단말기 내 장착되어 있는 칩(예를 들면, USIM CHIP 등)으로부터 개인정보를 판독한 후, 이를 정산제어부에 전송한다.
차주 정보 수집장치 (450) 는 플러그인 하이브리드 전기자동차 (200)의 충전을 위해 전력을 사용하고자 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 소재정보를 정산제어부에 전달한다. 즉, 차주 정보 수집장치는 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전시키고자 할 경우, 건물 내 설비 관리 사업자로 하여금 대금 결제 청구서 등의 방식으로 충전요금의 지불의무를 한정 귀속시킬 수 있는지에 대한 판단을 요청하기 위해, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보를 정산 제어부에 전송하는 기능을 한다. 이때, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 정보는 비밀번호의 또는 특수한 카드의 형태로 인식될 수 있는 판독시스템으로 구성하여도 무방하며, 중앙처리장치로부터 정보를 입력받을 수도 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전동작에 대하여 도 3 (a), (b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
전체적인 충전시스템은 도 3(a) 를 바탕으로 설명한다. 먼저 충전시스템에 설치된 충전장치와 플러그인 하이브리드 전기자동차 (PHEV) 를 케이블로 연결하면, 플러그인 하이브리드 전기자동차 혹은 그와 관련된 배터리 시스템의 전원망 연결을 충전시스템이 감지한다. 이후, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보가 자동으로 획득되고, 획득된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보는 차량 고유번호정보 데이터베이스에 저장된다.
(1) 충전 전압 산출부의 작동
충전시스템은 플러그인 하이브리드 전기자동차의 배터리의 방전 전류를 감지 하고, ‘플러그인 하이브리드 전기자동차의 종류에 따른 배터리 방전 전류에 상응하는 한계전압데이터테이블’로부터 감지된 방전전류에 상응하는 배터리 한계 전압을 추출한다. 즉, ‘플러그인 하이브리드 전기자동차의 종류에 따른 배터리 방전 전류에 상응하는 한계전압데이터테이블’은 플러그인 하이브리드 전기자동차의 메이커 혹은 차량 종류에 따라 다를 수 있으므로, 상기 플러그인 하이브리드 전기자동차로부터 획득된 고유번호정보에 상응하는, 갱신가능한 상기 ‘플러그인 하이브리드 전기자동차의 종류에 따른 배터리 방전 전류에 상응하는 한계전압데이터테이블’로부터 각 플러그인 하이브리드 전기자동차의 종류에 따른 배터리 한계전압을 추출한다.
이후, 충전시스템은 배터리 전압을 감지하고 감지된 전압이 상기 한계전압 수치보다 이하일 경우, 충전이 필요함을 표시한다. 감지된 배터리 전압이 한계전압보다 높을 경우에는 지속적으로 배터리 전압을 감지하면서 배터리 충전이 필요 없음을 표시한다.
(2) 충전요금 산출부의 구성
시간대별 충전요금을 산출하여 지불해야 할 충전요금을 표시하기 위해, 전력 공급 제어부로부터 현재의 실시간적인 전력 수급 비율과 전력요금 데이터를 전송받아 향후 일정시간 이내의 충전시간대에 따라 충전요금을 산출하고 표시부에 표시한다.
도 3(b)에서 보는 바와 같이, 국가중앙전력망과 지역분산발전시스템의 실시간적인 전력요금정보를 수집하고, 이를 충전요금산출부에 제공하여 전력 수급비율 을 결정한다. 중앙전력망 단독으로 충전시스템이 전력을 공급받는 경우에는 중앙전력망으로부터의 요금정보 수신과 전력수급을 전적으로 수행하지만, 지역 분산발전시스템과의 연계가 존재하는 경우 중앙전력망요금과 분산발전시스템의 전력요금을 비교한다. 즉, 지역분산발전시스템의 전력 요금이 중앙전력망의 전력 요금보다 저렴한 경우, 지역분산발전시스템으로부터 수급받을 수 있는 전력의 비율을 최대화하고, 반대로 지역분산발전시스템의 전력요금이 중앙전력망의 전력요금보다 고가인 경우에는, 중앙전력망으로부터의 전력수급을 최대화하여 사용자의 경제성을 증대시키는 쪽으로 제어한다. 이를 통해 향후 일정시간 이내 전력망의 예상되는 전력수급 비율과 전력요금 데이터를 충전요금산출부로 전송하여 일정시간 이내의 충전시간대별 충전요금을 표시할 수 있도록 정보를 제공한다.
(3) 정산제어부의 작동
정산제어부의 작동은 도 3(c)를 참조하여 설명한다. 정산은 주화, 전자카드, 신용카드, 이동통신 단말기 이용 결제방식, 설비관리사업자의 청구서 방식 등을 통해 이루어질 수 있다.
① 주화를 이용한 지불 방식
충전요금을 표시한 후, 주화가 투입된 경우, 주화판별기로부터 주화의 종류를 판별하고, 충전요금 이상의 주화가 투입되었는지를 지속적으로 확인하여 충전요금 이상으로 주화가 투입되면 다음 단계로 ‘예’를 반환한다. 일반적으로 통용되는 주화를 이용한 지불 방식으로 구성하여도 무방하다.
② 전자카드를 이용한 지불 방식
카드가 투입되면, 정산제어부는 카드판독기를 통하여 투입된 카드가 전자카드인지 혹은 신용카드인지를 판별한다. 또는 카드판독기가 2개 이상 설치되어, 신용카드용 카드판독기와 접촉식 전자카드(예를 들면, T-money 등)용 카드판독기로 별개 설치된다. 여기서, 투입된 카드가 전자카드이면, 전자카드의 잔액이 충전요금에 도달하는가를 판정하고, 전자카드의 잔액이 충전요금에 도달하는 경우, ‘예’를 다음단계(충전시간대 도달)로 반환한다. 이때, 일반적으로 통용되는 전자카드를 이용한 지불방식으로 구성하여도 무방하다.
③ 신용카드를 이용한 지불방식
투입된 카드가 신용카드이면 정산제어부는 카드판독기를 통하여 카드정보를 검출하도록 제어하고, 카드판독기는 투입된 신용카드로부터 카드정보를 검출하여 이를 정산 제어부로 전송한다. 정산 제어부는 모뎀과 연결된 통신망으로 금융기관에 신용거래를 승인요청하기 위해, 중앙처리장치를 통해 모뎀을 제어토록 요청하고, 이에 따라, 중앙처리장치는 모뎀을 동작한다. 이후, 정산제어부는 모뎀과 통신망을 통하여 금융기관에 접속하고, 카드판독기로부터 검출된 카드정보와 충전요금정보를 전송하여 승인을 요청한다. 이에, 금융기관은 카드정보와 충전요금정보를 이용하여 승인여부를 결정한다. 이때, 해당 카드에 대한 승인이 거부되면, 승인거부신호는 모뎀을 통하여 정산 제어부로 전송되고 정산 제어부는 승인 불가신호를 중앙처리장치로 전송한다. 중앙처리장치는 정산제어부로부터 전송된 승인거부신호에 따라 해당 신용카드가 승인 거부되었음을 표시부에 표시하고, 모든 진행을 종료하도록 ‘아니오’를 다음단계로 반환한다. 이때, 다른 지불 방식을 선택하도록 할 수 있다.
만약, 위의 단계에서 해당카드에 의한 신용거래가 승인되면, 승인신호는 모뎀을 통하여 정산 제어부로 전송되고, 정산 제어부는 승인신호에 따라 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전할 수 있도록 ‘예’를 반환한다. 이때, 일반적으로 통용되는 신용카드를 이용한 지불 방식으로 구성하여도 무방하다.
④ 이동통신 단말기를 이용한 지불방식
이동통신 단말기를 이용한 결제방식의 경우, 정산제어부는 모뎀과 통신망을 통해 해당 통신사에 입력받은 전화번호, 주민등록번호 등을 송신하고, 신용거래의 승인을 요청한다. 이에, 통신사가 신용거래를 승인하면, 승인신호를 받고, 다음단계로 ‘예’를 반환한다. 반면에, 통신사가 신용거래를 거부하면, 승인불가를 표시하고, 다음단계로 ‘아니오’를 반환한다. 이때, 일반적으로 통용되는 이동통신 단말기를 이용한 지불 방식으로 구성하여도 무방하다.
⑤ 건물 또는 전력설비관리사업자의 승인을 이용한 지불방식
충전하고자 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전하고자 하는 소재위치 정보가 명확하여, 충전시스템이 설치된 주택 혹은 상업용 건물의 설비관리자로 하여금 충전요금의 정산을 위한 지불 범위의 귀속이 확정될 수 있는 경우, 차량의 고유번호정보와 소재정보를 이용하여 신용거래를 승인받을 수 있다. 정산 제어부는 차량의 고유번호정보와 소재정보를 이용하여, 모뎀과 통신망을 통해 건물 또는 전력설비관리사업자로부터 신용거래의 승인을 요청하고, 건물 또는 전력설비관리사업자로부터 신용거래가 승인되면 다음단계로 ‘예’를 반환한다. 설비관리사업자가 신용거래를 거부하게 되면, 다음단계로 ‘아니오’를 반환한다. 이때, 일반적으로 통용되는 건물 또는 전력설비관리사업자의 승인을 이용한 지불방식으로 구성하여도 무방하다.
(4) 충전제어부의 작동
‘정산완료’ 단계에서 ‘아니오’를 반환받은 경우에는 모든 충전과정이 종료되며, 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전이 실시되지 않는다. 그러나 ‘정산완료’단계에서 ‘예’를 반환받은 경우, 정산이 완료되어 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전을 위한 전력 공급이 확실시되는 현재의 충전수요와 예약된 충전수요 데이터를 정부 및 공공기관 또는 에너지 기업으로 송신한다. 이를 통해 정부 및 공공기관 또는 에너지 기업에서 현재의 전력수요에 알맞은 발전공급능력의 조정 또는 수요조절정책을 펼칠 수 있도록 한다. 이후, 충전시스템은 예약된 충전시간대까지 도달하기를 기다려 충전작업을 시작하거나, 예약된 충전시간대가 없이 상기단계에서 ‘즉시 충전’이 선택되었을 경우에는, 즉시 충전작업을 시작한다. 충전이 완료되면 완료 신호를 표시부에 출력하고, 충전제어부는 충전 전력의 공급을 차단한 후 모든 프로세스를 종료한다.
도 1은 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템 및 이와 연결된 전체 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템의 내부 구성도이다.
도 3 (a)는 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템의 작동을 나타내는 흐름도이다.
도 3 (b)는 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치의 전력요금정보의 수집 및 이 정보를 충전요금산출부에 제공하여 전력 수급비율을 결정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3 (c)는 본 발명의 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전시스템의 정산과정을 나타내는 흐름도이다.

Claims (12)

  1. 하이브리드 전기자동차를 플러그인 방식으로 충전하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치로서,
    플러그인 하이브리드 전기자동차에 전원을 공급하는 전원 공급부,
    상기 플러그인 하이브리드 전기자동차의 방전 전류와 한계 전압을 감지하여 충전 가능한 전압을 산출하는 충전 전압 산출부,
    상기 충전 가능한 전압의 범위에서 충전 전압과 충전 시간대에 따라 충전 요금을 산정하는 충전 요금 산정부,
    상기 충전 요금 산정부에서 산정된 충전 요금과 충전 전압을 충전 시간대별로 표시하는 표시부,
    선택된 충전 시간 및 충전 요금에 대해 충전 승인 신호를 받아 상기 플러그인 하이브리드 전기자동차에 충전 전력의 공급을 허가하는 정산 제어부,
    상기 정산 제어부로부터 충전 전력의 공급을 허가받아 선택된 충전 시간대에 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전하는 충전 제어부를 포함하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 장치에 접속된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유 번호 정보를 인식하고 이 정보 및 접속 시간을 저장하는 데이터 베이스를 추가로 포함하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 데이터 베이스에 저장된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보에 따른 충전시간대 중 가장 많이 선택된 접속 시간을 추출하여 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전 개시 시점으로부터 상기 자동차의 배터리 전압이 상기 충전 전압 산출부에서 감지된 한계 전압 이상이 되면, 상기 전원 공급부로부터 공급되는 충전을 차단하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정산 제어부는, 신용카드에 의한 신용 거래를 승인하는 금융기관, 휴대 통신 단말기에의 통화 서비스 및 소액 신용거래를 승인하는 통신사업자 또는 상기 데이터 베이스에 저장된 차량 정보에 대한 거래를 승인하는 건물 또는 전력 설비관리사업주로부터 충전 승인 신호를 받아 충전 전력 공급을 허가하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템에 연결되어 있고, 상기 충전 요금 산정부는 충전 시간에 따른 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템의 전력단가를 통신망으로 수신하여 비교하고, 가장 저렴한 요금의 전력망으로의 전력 수급 비율을 최대화하고 충전 요금이 가장 저렴하도록 충전 요금을 충전 시간대별로 산정하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는 중앙전력망과 지역 분산발전 사업자를 관리하는 정부, 공공기관 및 에너지 기업으로부터 플러그인 하이브리드 전기자동차의 전력망 내 수전 가능 시간대 및 충전에 사용가능한 전력망 내 가용 전력량 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  8. 플러그인 하이브리드 전기자동차를 충전하는 충전 방법으로서,
    플러그인 하이브리드 전기자동차의 연결을 감지하는 단계;
    연결된 자동차의 방전 전류와 배터리의 한계 전압을 추출하여 충전가능한 배터리의 전압을 감지하는 단계;
    상기 충전 전압 및 충전 시간대에 따른 요금을 산정하는 단계;
    상기 충전 전압 및 산정된 요금을 표시하는 단계;
    선택된 충전 전압 및 충전 요금에 대해 충전 승인 허가 신호를 받아 충전 전 력 공급을 허가하는 단계;
    선택된 충전 시간대에 충전을 시작하는 단계; 및
    상기 충전 시작 시점으로부터 자동차 배터리의 전압이 상기 한계 전압을 넘으면 충전을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플러그인 하이브리드 전기자동차의 연결을 감지하는 단계는,
    연결된 자동차의 고유번호 정보를 인식하고 이 정보와 접속 시간을 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 충전 전압 및 산정된 요금을 표시하는 단계는,
    상기 데이터 베이스에 저장된 플러그인 하이브리드 전기자동차의 고유번호정보에 따른 충전시간대 중 가장 많이 선택된 접속 시간을 추출하여 표시하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 충전 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 공급을 허가하는 단계는, 신용카드에 의한 신용 거래를 승인하는 금융기관, 휴대 통신 단말기에의 통화 서비스 및 소액 신용거래를 승인하는 통신사업자 또는 상기 데이터 베이스에 저장된 차량 정보에 대한 거래를 승인하는 건물설비관리사업주로부터 충전 승인 신호를 받아 충전 전력 공급을 허가하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 장치.
  12. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요금을 산정하는 단계는, 충전 시간에 따른 국가 중앙 전력망과 지역 분산 발전 시스템의 잉여 전력을 비교하여 전력 수급 비율을 최대화하고 충전 요금이 가장 저렴하도록 충전 시간대별로 충전 요금을 산정하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 전기자동차 충전 방법.
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